حل أسئلة وشرح: الدرس الرابع: الأملاح والمحاليل المنظمة | الكيمياء الصف الثاني عشر
أسئلة محتوى الدرس (أفكر وأتحقق)
أفكر (صفحة 3): ما الحمض والقاعدة اللذان ينتج من تفاعلهما ملح كربونات الليثيوم الهيدروجينية \( \text{LiHCO}_3 \)؟
- القاعدة: هيدروكسيد الليثيوم \( \text{LiOH} \) (وهي قاعدة قوية).
- الحمض: حمض الكربونيك \( \text{H}_2\text{CO}_3 \) (وهو حمض ضعيف).
أتحقق (صفحة 3):
1- أُوضح الفرق بين الذوبان والتميه.
2- أُحدد الخصائص الحمضية والقاعدية والمتعادلة لمحاليل الأملاح الآتية: \( \text{N}_2\text{H}_5\text{NO}_3, \text{KNO}_3, \text{NaF}, \text{CH}_3\text{NH}_3\text{Cl} \)
3- أُفسر التأثير القاعدي لمحلول الملح \( \text{NaOCl} \).
1- أُوضح الفرق بين الذوبان والتميه.
2- أُحدد الخصائص الحمضية والقاعدية والمتعادلة لمحاليل الأملاح الآتية: \( \text{N}_2\text{H}_5\text{NO}_3, \text{KNO}_3, \text{NaF}, \text{CH}_3\text{NH}_3\text{Cl} \)
3- أُفسر التأثير القاعدي لمحلول الملح \( \text{NaOCl} \).
- إجابة 1: الذوبان: هو تفكك الملح إلى أيونات موجبة وسالبة وانتشارها بين جزيئات الماء دون أن تتفاعل معها. التميه: هو قدرة أيونات الملح على التفاعل مع الماء وإنتاج أيونات \( \text{H}_3\text{O}^+ \) أو \( \text{OH}^- \) أو كليهما.
- إجابة 2:
- \( \text{N}_2\text{H}_5\text{NO}_3 \): حمضي (ناتج من حمض قوي وقاعدة ضعيفة).
- \( \text{KNO}_3 \): متعادل (ناتج من حمض قوي وقاعدة قوية).
- \( \text{NaF} \): قاعدي (ناتج من قاعدة قوية وحمض ضعيف).
- \( \text{CH}_3\text{NH}_3\text{Cl} \): حمضي (ناتج من حمض قوي وقاعدة ضعيفة).
- إجابة 3: يتفكك الملح \( \text{NaOCl} \) كلياً في الماء إلى أيونات \( \text{Na}^+ \) وأيونات \( \text{OCl}^- \). أيون \( \text{Na}^+ \) ناتج من قاعدة قوية فلا يتميه. أما أيون \( \text{OCl}^- \) فهو قاعدة مرافقة قوية لحمض ضعيف \( \text{HOCl} \)، فيتميه ويتفاعل مع الماء منتجاً أيونات \( \text{OH}^- \) مما يزيد من تركيزها في المحلول ويجعله قاعدياً. المعادلة:
\( \text{OCl}^-_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightleftharpoons \text{HOCl}_{(aq)} + \text{OH}^-_{(aq)} \)
أتحقق (صفحة 7): أحسب التغير في الرقم الهيدروجيني لمحلول الحمض \( \text{HF} \)، الذي تركيزه \( 0.2 \text{ M} \) وحجمه \( 400 \text{ mL} \)، إذا أُضيف إليه \( 0.2 \text{ mol} \) من الملح \( \text{NaF} \). (علماً أن \( K_a = 6.8 \times 10^{-4} \)، \( \log(2.72) = 0.43 \)، \( \log(1.16) = 0.06 \)).
- أولاً: حساب pH للحمض قبل الإضافة:
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = \sqrt{K_a \times [\text{HF}]} = \sqrt{6.8 \times 10^{-4} \times 0.2} = \sqrt{1.36 \times 10^{-4}} = 1.16 \times 10^{-2} \text{ M} \)
\( \text{pH}_1 = -\log(1.16 \times 10^{-2}) = 2 - \log(1.16) = 2 - 0.06 = 1.94 \) - ثانياً: حساب pH بعد إضافة الملح:
تركيز الملح المضاف: \( [\text{NaF}] = \frac{n}{V} = \frac{0.2 \text{ mol}}{0.4 \text{ L}} = 0.5 \text{ M} \)
بوجود الأيون المشترك \( \text{F}^- \):
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = K_a \times \frac{[\text{HF}]}{[\text{F}^-]} = 6.8 \times 10^{-4} \times \frac{0.2}{0.5} = 2.72 \times 10^{-4} \text{ M} \)
\( \text{pH}_2 = -\log(2.72 \times 10^{-4}) = 4 - \log(2.72) = 4 - 0.43 = 3.57 \) - ثالثاً: مقدار التغير:
\( \Delta\text{pH} = \text{pH}_2 - \text{pH}_1 = 3.57 - 1.94 = +1.63 \)
أتحقق (صفحة 9): أحسب الرقم الهيدروجيني \( \text{pH} \) لمحلول القاعدة \( \text{N}_2\text{H}_4 \) الذي تركيزه \( 0.4 \text{ M} \) عند إضافة \( 0.2 \text{ mol} \) من الملح \( \text{N}_2\text{H}_5\text{Cl} \) إلى \( 500 \text{ mL} \) منه. (علماً أن: \( K_b = 1.7 \times 10^{-6} \) ، \( \log(5.88) = 0.77 \)، أهمل التغير في الحجم).
- المعطيات: \( [\text{Base}] = 0.4 \text{ M} \)، حجم المحلول \( = 0.5 \text{ L} \).
- تركيز الملح (الأيون المشترك): \( [\text{Salt}] = \frac{n}{V} = \frac{0.2}{0.5} = 0.4 \text{ M} \)
- حساب \( [\text{OH}^-] \):
\( [\text{OH}^-] = K_b \times \frac{[\text{Base}]}{[\text{Salt}]} = 1.7 \times 10^{-6} \times \frac{0.4}{0.4} = 1.7 \times 10^{-6} \text{ M} \) - حساب \( [\text{H}_3\text{O}^+] \):
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = \frac{K_w}{[\text{OH}^-]} = \frac{1 \times 10^{-14}}{1.7 \times 10^{-6}} = 5.88 \times 10^{-9} \text{ M} \) - حساب الـ pH:
\( \text{pH} = -\log(5.88 \times 10^{-9}) = 9 - \log(5.88) = 9 - 0.77 = 8.23 \)
التجربة 2: تميه الأملاح (التحليل والاستنتاج)
1- أصف ألوان محاليل الأملاح بعد إضافة الكاشف العام.
2- أفسر تشابه لون محلول \( \text{NaCl} \) مع لون الماء المقطر.
3- أصنف المحاليل إلى حمضية، أو قاعدية، أو متعادلة.
4- أتوقع قيمة pH لكل محلول.
5- أفسر السلوك بكتابة معادلة كيميائية لكل محلول.
2- أفسر تشابه لون محلول \( \text{NaCl} \) مع لون الماء المقطر.
3- أصنف المحاليل إلى حمضية، أو قاعدية، أو متعادلة.
4- أتوقع قيمة pH لكل محلول.
5- أفسر السلوك بكتابة معادلة كيميائية لكل محلول.
- إجابة 1: \( \text{NaCl} \) (أخضر مصفر/متعادل)، \( \text{NH}_4\text{Cl} \) (أحمر إلى برتقالي/حمضي)، \( \text{NaHCO}_3 \) و \( \text{CH}_3\text{COONa} \) (أزرق غامق إلى بنفسجي/قاعدي).
- إجابة 2: لأن أيونات الملح \( \text{NaCl} \) (وهي \( \text{Na}^+ \) و \( \text{Cl}^- \)) قادمة من حمض قوي وقاعدة قوية، لذا فهي لا تتميه ولا تغير تركيز \( \text{H}_3\text{O}^+ \) أو \( \text{OH}^- \) في الماء، فيبقى المحلول متعادلاً مثل الماء المقطر.
- إجابة 3:
حمضية: \( \text{NH}_4\text{Cl} \)
قاعدية: \( \text{NaHCO}_3 \)، \( \text{CH}_3\text{COONa} \)
متعادلة: \( \text{NaCl} \) - إجابة 4:
\( \text{pH} = 7 \) لمحلول \( \text{NaCl} \).
\( \text{pH} < 7 \) لمحلول \( \text{NH}_4\text{Cl} \).
\( \text{pH} > 7 \) لمحلولي \( \text{NaHCO}_3 \) و \( \text{CH}_3\text{COONa} \). - إجابة 5:
للملح الحمضي:\( \text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+ \)
للملح القاعدي:\( \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- \)
مراجعة الدرس (صفحة 10)
1. أوضح أثر الأيون المشترك في الرقم الهيدروجيني للمحاليل.
إضافة أيون مشترك لحمض ضعيف يزيح الاتزان نحو اليسار ويقلل تفككه، مما يقلل \( [\text{H}_3\text{O}^+] \) ويزيد قيمة الـ \( \text{pH} \). أما إضافة أيون مشترك لقاعدة ضعيفة فيزيح الاتزان لليسار ويقلل تأينها، مما يقلل \( [\text{OH}^-] \) ويزيد \( [\text{H}_3\text{O}^+] \)، فتقل قيمة الـ \( \text{pH} \).
2. أوضح المقصود بكل مما يأتي: الأيون المشترك، التميه.
- الأيون المشترك: الأيون الذي ينتج من تأين مادتين مختلفتين (مثل حمض ضعيف وملحه أو قاعدة ضعيفة وملحها) في المحلول نفسه.
- التميه: تفاعل أيونات الملح مع الماء لإنتاج أيونات \( \text{H}_3\text{O}^+ \) أو \( \text{OH}^- \) أو كليهما.
3. أحدد مصدر الأيونات لكل من الأملاح الآتية: \( \text{LiF}, \text{C}_6\text{H}_5\text{COONa}, \text{CH}_3\text{NH}_3\text{Br}, \text{KNO}_3 \)
- \( \text{LiF} \): أيون \( \text{Li}^+ \) من القاعدة \( \text{LiOH} \)، وأيون \( \text{F}^- \) من الحمض \( \text{HF} \).
- \( \text{C}_6\text{H}_5\text{COONa} \): أيون \( \text{Na}^+ \) من القاعدة \( \text{NaOH} \)، وأيون \( \text{C}_6\text{H}_5\text{COO}^- \) من الحمض \( \text{C}_6\text{H}_5\text{COOH} \).
- \( \text{CH}_3\text{NH}_3\text{Br} \): أيون \( \text{CH}_3\text{NH}_3^+ \) من القاعدة \( \text{CH}_3\text{NH}_2 \)، وأيون \( \text{Br}^- \) من الحمض \( \text{HBr} \).
- \( \text{KNO}_3 \): أيون \( \text{K}^+ \) من القاعدة \( \text{KOH} \)، وأيون \( \text{NO}_3^- \) من الحمض \( \text{HNO}_3 \).
4. أحدد الملح الذي يتميه في الماء من الأملاح الآتية:
\( \text{NaClO}_4, \text{HCOONa}, \text{C}_5\text{H}_5\text{NHI}, \text{LiBr}, \text{KCN} \)
الأملاح التي تتميه هي التي تحتوي على أيون قادم من حمض ضعيف أو قاعدة ضعيفة:
\( \text{KCN} \) (يتميه \( \text{CN}^- \))، \( \text{C}_5\text{H}_5\text{NHI} \) (يتميه \( \text{C}_5\text{H}_5\text{NH}^+ \))، \( \text{HCOONa} \) (يتميه \( \text{HCOO}^- \)).
ملاحظة: \( \text{NaClO}_4 \) و \( \text{LiBr} \) لا تتميه لأن أيوناتها قادمة من حموض وقواعد قوية.
\( \text{KCN} \) (يتميه \( \text{CN}^- \))، \( \text{C}_5\text{H}_5\text{NHI} \) (يتميه \( \text{C}_5\text{H}_5\text{NH}^+ \))، \( \text{HCOONa} \) (يتميه \( \text{HCOO}^- \)).
ملاحظة: \( \text{NaClO}_4 \) و \( \text{LiBr} \) لا تتميه لأن أيوناتها قادمة من حموض وقواعد قوية.
5. أصنف محاليل الأملاح الآتية إلى حمضية وقاعدية ومتعادلة:
\( \text{KNO}_2, \text{NH}_4\text{NO}_3, \text{LiCl}, \text{NaHCO}_3, \text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_3\text{Br} \)
- \( \text{KNO}_2 \): قاعدي.
- \( \text{NH}_4\text{NO}_3 \): حمضي.
- \( \text{LiCl} \): متعادل.
- \( \text{NaHCO}_3 \): قاعدي.
- \( \text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_3\text{Br} \): حمضي.
6. أوضح أثر إضافة كمية قليلة من بلورات الملح الصلب \( \text{NaHS} \) في قيمة \( \text{pH} \) لمحلول حمض \( \text{H}_2\text{S} \).
الملح \( \text{NaHS} \) يتفكك ليعطي الأيون المشترك \( \text{HS}^- \). يزداد تركيز هذا الأيون في المحلول، ووفقاً لمبدأ لوتشاتيليه ينزاح اتزان الحمض الضعيف \( \text{H}_2\text{S} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{HS}^- \) نحو اليسار (جهة المتفاعلات)، مما يقلل من تأين الحمض ويخفض تركيز أيونات \( \text{H}_3\text{O}^+ \)، وبالتالي ترتفع قيمة الـ \( \text{pH} \).
7. استخدم الأرقام: أحسب كتلة الملح \( \text{KNO}_2 \) اللازم إضافتها إلى \( 400 \text{ mL} \) من محلول \( \text{HNO}_2 \) تركيزه \( 0.02 \text{ M} \) لتصبح قيمة \( \text{pH} \) للمحلول \( 3.52 \). علماً أن \( \log(3)=0.48 \) ، \( K_a = 4.5 \times 10^{-4} \)، الكتلة المولية (Mr) للملح = \( 85 \text{ g/mol} \).
- حساب \( [\text{H}_3\text{O}^+] \):
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-\text{pH}} = 10^{-3.52} = 10^{0.48} \times 10^{-4} = 3 \times 10^{-4} \text{ M} \) - حساب تركيز الملح:
بتطبيق قانون الأيون المشترك:
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = K_a \times \frac{[\text{Acid}]}{[\text{Salt}]} \Rightarrow 3 \times 10^{-4} = 4.5 \times 10^{-4} \times \frac{0.02}{[\text{KNO}_2]} \)
\( [\text{KNO}_2] = \frac{4.5 \times 10^{-4} \times 0.02}{3 \times 10^{-4}} = 0.03 \text{ M} \) - حساب الكتلة (m):
\( V = 0.4 \text{ L} \)
\( n = M \times V = 0.03 \times 0.4 = 0.012 \text{ mol} \)
\( m = n \times Mr = 0.012 \times 85 = 1.02 \text{ g} \)
8. استخدم الأرقام: أحسب نسبة الملح إلى القاعدة في محلول رقمه الهيدروجيني يساوي 10 مكوّن من القاعدة \( \text{NH}_3 \) والملح \( \text{NH}_4\text{Cl} \) علماً أن \( K_b = 1.8 \times 10^{-5} \).
- إيجاد \( [\text{OH}^-] \):
\( \text{pH} = 10 \Rightarrow \text{pOH} = 14 - 10 = 4 \)
\( [\text{OH}^-] = 10^{-4} \text{ M} \) - استخدام علاقة الأيون المشترك:
\( [\text{OH}^-] = K_b \times \frac{[\text{Base}]}{[\text{Salt}]} \)
\( 10^{-4} = 1.8 \times 10^{-5} \times \frac{[\text{NH}_3]}{[\text{NH}_4\text{Cl}]} \)
\( \frac{[\text{NH}_3]}{[\text{NH}_4\text{Cl}]} = \frac{10^{-4}}{1.8 \times 10^{-5}} = 5.55 \) (وهذه نسبة القاعدة إلى الملح) - نسبة الملح إلى القاعدة:
\( \frac{[\text{NH}_4\text{Cl}]}{[\text{NH}_3]} = \frac{1}{5.55} = \frac{1.8 \times 10^{-5}}{10^{-4}} = 0.18 \) (أو 18:100)
9. استخدم الأرقام: محلول حجمه \( 0.5 \text{ L} \) مكوّن من القاعدة \( \text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_2 \) تركيزها \( 0.4 \text{ M} \)، والملح \( \text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_3\text{Cl} \) تركيزه \( 0.2 \text{ M} \). علماً أن \( K_b = 4.7 \times 10^{-4} \)، والأرقام اللوغاريتمية: \( \log(2)=0.3 \)، \( \log(4.3)=0.63 \)، \( \log(1.1)=0.04 \).
أ. أحسب الرقم الهيدروجيني للمحلول.
ب. اكتب صيغة الأيون المشترك.
أ. أحسب الرقم الهيدروجيني للمحلول.
ب. اكتب صيغة الأيون المشترك.
- الفرع أ:
تركيز الأيون المشترك (الملح) = \( 0.2 \text{ M} \)، تركيز القاعدة = \( 0.4 \text{ M} \).
\( [\text{OH}^-] = K_b \times \frac{[\text{Base}]}{[\text{Salt}]} = 4.7 \times 10^{-4} \times \frac{0.4}{0.2} = 9.4 \times 10^{-4} \text{ M} \)
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = \frac{10^{-14}}{9.4 \times 10^{-4}} = 1.06 \times 10^{-11} \text{ M} \)
وبالاعتماد على التقريب الرياضي المعطى بالسؤال (\( \frac{1}{9.4} \approx 0.11 \) أي أن الرقم قريب من \( 1.1 \times 10^{-11} \)):
\( \text{pH} = -\log(1.1 \times 10^{-11}) = 11 - \log(1.1) = 11 - 0.04 = 10.96 \) - الفرع ب: صيغة الأيون المشترك هي: \( \text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_3^+ \)
الاختيار من متعدد (صفحة 11)
1. محلول يتكوّن من حمض الهيدروسيانيك \( \text{HCN} \) تركيزه (\( 1\text{M} \)) وملح سيانيد الصوديوم \( \text{NaCN} \). إذا كانت قيمة pH للمحلول تساوي (6) فإن تركيز الملح (M) يساوي: (\( K_a = 4.9 \times 10^{-10} \)، أهمل التغير في الحجم)
الحل:
\( \text{pH} = 6 \Rightarrow [\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-6} \text{ M} \)
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = K_a \times \frac{[\text{Acid}]}{[\text{Salt}]} \)
\( 10^{-6} = (4.9 \times 10^{-10}) \times \frac{1}{[\text{Salt}]} \)
\( [\text{Salt}] = \frac{4.9 \times 10^{-10}}{10^{-6}} = 4.9 \times 10^{-4} \text{ M} \)
الجواب الصحيح: (د) \( 4.9 \times 10^{-4} \)
\( \text{pH} = 6 \Rightarrow [\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-6} \text{ M} \)
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = K_a \times \frac{[\text{Acid}]}{[\text{Salt}]} \)
\( 10^{-6} = (4.9 \times 10^{-10}) \times \frac{1}{[\text{Salt}]} \)
\( [\text{Salt}] = \frac{4.9 \times 10^{-10}}{10^{-6}} = 4.9 \times 10^{-4} \text{ M} \)
الجواب الصحيح: (د) \( 4.9 \times 10^{-4} \)
2. إذا كانت قيمة \( \text{pH} \) تساوي (6) لمحلول مكوّن من الحمض \( \text{HA} \) والملح \( \text{KA} \) لهما التركيز نفسه، فإن قيمة ثابت التأين \( K_a \) للحمض تساوي:
الحل:
بما أن تركيز الحمض = تركيز الملح، فإن النسبة بينهما = 1.
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = K_a \times \frac{[\text{Acid}]}{[\text{Salt}]} \Rightarrow [\text{H}_3\text{O}^+] = K_a \times 1 \)
\( \text{pH} = 6 \Rightarrow [\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-6} \text{ M} \)
إذن: \( K_a = 10^{-6} \)
الجواب الصحيح: (ب) \( 1 \times 10^{-6} \)
بما أن تركيز الحمض = تركيز الملح، فإن النسبة بينهما = 1.
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = K_a \times \frac{[\text{Acid}]}{[\text{Salt}]} \Rightarrow [\text{H}_3\text{O}^+] = K_a \times 1 \)
\( \text{pH} = 6 \Rightarrow [\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-6} \text{ M} \)
إذن: \( K_a = 10^{-6} \)
الجواب الصحيح: (ب) \( 1 \times 10^{-6} \)
3. أثر إضافة ملح كلوريد الأمونيوم \( \text{NH}_4\text{Cl} \) إلى محلول الأمونيا \( \text{NH}_3 \) هو:
الحل:
الأمونيا قاعدة ضعيفة، وإضافة ملحها (الذي يحتوي الأيون المشترك الحمضي \( \text{NH}_4^+ \)) يؤدي إلى إزاحة اتزان التأين لليسار، مما يقلل من تركيز أيونات \( \text{OH}^- \) في المحلول، وبالتالي يزداد تركيز أيونات \( \text{H}_3\text{O}^+ \) وتقل قيمة الـ \( \text{pH} \).
الجواب الصحيح: (ب) زيادة \( [\text{H}_3\text{O}^+] \)
الأمونيا قاعدة ضعيفة، وإضافة ملحها (الذي يحتوي الأيون المشترك الحمضي \( \text{NH}_4^+ \)) يؤدي إلى إزاحة اتزان التأين لليسار، مما يقلل من تركيز أيونات \( \text{OH}^- \) في المحلول، وبالتالي يزداد تركيز أيونات \( \text{H}_3\text{O}^+ \) وتقل قيمة الـ \( \text{pH} \).
الجواب الصحيح: (ب) زيادة \( [\text{H}_3\text{O}^+] \)
